数字信号处理导论

How to learn?
二、课程的特点 （数学工具要求高、应用性强）
三、课程的学习方法与要求 （课上、作业、实验）
课程教学大纲
四、课程的性质和目的 五、课程的研究对象 六、课程的安排与考核 七、主要教材和参考书
绪论
一、信号、系统和信号处理 二、数字信号处理系统的基本组成 三、数字信号处理的学科概貌 四、数字信号处理的特点 五、数字信号处理的应用
但数据运算量不能太大。
➢ 利用通用DSP芯片
▪ DSP芯片较之单片机有着更为突出优点。
其内部带有乘法器，累加器，采用流水线工作方式及并行 结构，多总线速度快。配有适于信号处理的指令。
▪ 目前市场上的DSP芯片有： 美国德州仪器公司(TI):TMS320CX系列 AT&T公司dsp16,dsp32系列 Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列 AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列
复合信号：各种正弦频率分量的合成。 我们通常考虑它的频带宽度。
例：一个高品质的音响信号带宽20kHz 一个视频信号的带宽是6MHz
我们通常处理的是复合信号。
❖ 连续时间信号和离散时间信号
连续时间信号：随时间连续变化的信号，它们在一个时间 区间里的任何瞬间都有确定的值。
离散时间信号：只在离散的时间点有确定的值，通常是对 连续信号进行采样得到的。
数字信号处理的理论
信号的采集（A/D）技术、取样定理、量化噪声分析 离散信号的分析（时域及频域分析、各种变换技术、 信号特征的描述等） 离散系统分析（系统的描述、系统的单位取样响应、 系统函数及频率特性等） 信号处理中的快速算法（快速傅立叶变换、快速卷积 与相关等） 信号的估值（各种估值理论、相关函数与功率谱估计 等） 滤波技术（各种数字滤波器的设计与实现） 信号的建模（AR、MA、ARMA等模型） 信号处理中的特殊算法（如抽取、插值、反卷积、信 号重建等） 信号处理技术的实现（软件实现、硬件实现）
例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图像信号、噪 声都是随机信号。它们具有幅度(能量)随机性、或具有发生 时间上的随机性或二都兼有之。
2、系统
系统：处理信号的物理设备。或者说，凡是能将信号加以变 换以达到人们要求的各种设备可称之为系统。
❖ 系统分类 （a）连续时间系统 （b）离散时间系统 （c）模拟系统 （d）数字系统
四、数字信号处理的特点
➢ 精度高 Precision
component specification
在模拟系统中，它的精度是由元件决定，模拟元器 件的精度很难达到10-3以上。而数字系统中，17位字 长就可达10-5精度，所以在高精度系统中，通常采用 数字系统。
What is DSP？
➢狭义理解可为 Digital Signal Processor 数 字信号处理器。
➢广义理解可为Digital Signal Processing， 译为数字信号处理技术。
➢ 数字信号处理：把信号用数字或符号表示的序列， 利用计算机或通用（专用）数字信号处理设备，用数 值计算方法处理（例如：滤波、检测、参数提取、频 谱分析等），实现信号自身或有用特征的提取，达到 认识信号、利用信号的目的。
3、数字信号处理
解释：数字信号处理是利用计算机或专用处理设备 ，以数值计算的方法对信号进行采集、滤波 、变换、压缩、增强、估计、识别等加工处 理，以达到提取有用信息和便于应用的目的。
二、数字信号处理系统的基本组成
xa(t) 前置 预滤 波器
采样 A/D
x (n) 数字 信号 处理器
y (n)
D/A
模拟 ya(t) 滤波器
数字信号处理器的选择与实现
❖ 软件实现 ❖ 专用DSP芯片 ❖ 通用DSP芯片
数字信号处理器的实现方法
➢ 采用大、中小型计算机和微机 在工作站和微机上使用厂家的数字信号处理软件或自己
编写信号处理软件。 优点：可适用于各种数字信号处理的应用场合，很灵活。
➢ 用单片机
由于单片机发展已经很久，价格便宜，且功能较强。 优点：可根据不同环境配不同单片机，可实现实时控制，
❖ 模拟信号和数字信号
模拟信号：指时间连续、幅度连续的信号。 数字信号：时间和幅度上都是离散（量化）的信号。
故：数字信号可用一序列的数表示，而每 个数又可表示为二制码的形式。
时间 幅度
连续
时间 信号
连续 连续
离散 时间 离散 连续 信号
数字 信号
离散 量化
❖ 周期信号和非周期信号
若信号满足：
x(t)=x(t+kT0) 或 x(n)=x(n+kN)
绪论
一、信号、系统和信号处理
1、信号
（1）信号及其基本特征
❖ 信号很广泛：如语音信号、图像信号 ❖ 解释：一来自百度文库随着时间变化的物理量。
物理信号 电信号 话筒
信号处理
电信号
物理信号
扬声器
❖ 信号最基本的参数：频率、幅度
（2）信号的分类 ❖ 单色信号和复合信号
单色信号：只有单一的频率。
例：sin100t， f 50Hz
➢ 利用专用DSP芯片
三、数字信号处理的学科概貌
1945 年Bode Schanon提出了采样定理 1955年国际上第一次开设了数字滤波器课程 1965年Corly-Tukey发明了快速傅立叶变换（FFT） ，1966年Kaiser提出数字滤波理论 在国际上，一般把1965年FFT的问世，作为数字信号 处理这一新学科的开端 30多年的发展，数字信号处理自身已基本上形成一套 较为完整的理论体系
k为正整数； k,N皆为正整数，
则x(t)或x(n)是周期信号，周期分别为T0和N； 否则就是非周期信号。
❖ 确定信号和随机信号
确定性信号：若信号在任意时刻的取值能精确确定，则称 它为确定信号；它的值可以用有限个参量来 唯一地加以描述。
例：直流信号、阶跃信号、正弦波信号
随机信号：若信号在任意时刻的取值不能精确确定，或说 取值是随机的，即它不能用有限的参量加以描 述。也无法对它的未来值确定性地预测。它只 能通过统计学的方法来描述。
Why do we need DSP?
在过去的数十年中，数字信号处理的领域， 无论在理论上还是技术上都有非常重要的发 展。
由于工业上开发和利用廉价的硬件和软件， 使不同领域的新工艺和新应用现在都想利用 DSP算法,使它成为本科教学内容。
What to learn?
一、课程的主要学习内容 （信号的频谱分析和数字滤波）